一种超声式气体流量和CO2、O2浓度综合采集探头的制作方法

一种超声式气体流量和co2、o2浓度综合采集探头
技术领域
1.本实用新型涉及医疗器械技术领域，更具体的说是涉及一种超声式气体流量和co2、o2浓度综合采集探头。


背景技术：

2.人体全身均需要依靠氧气，以燃烧体内储存的能量，让它们变成热能，器官及肌肉得到热能才能活动。氧气由肺部吸入，故肺部容量大小及活动次数便很重要；而心脏则负责把氧气，透过血液循环系统送到各个器官及部位，故心脏跳动的强弱会影响血液的流量。
3.因此，心肺功能是包括了血液的循环速度、心脏跳动的强弱、肺部的容量及次数。而要量度心肺功能，最好便是进行运动测试，因为人体运动时对氧气的需求量十分大，故最能考验心脏及肺部的活动能力。心肺功能指的是人的摄氧和转化氧气成为能量的能力。整个过程，牵涉心脏制血及泵血功能、肺部摄氧及交换气体能力、血液循环系统携带氧气至全身各部位的效率，以及肌肉使用这些氧气的功能。心肺运动试验是通过观察受试者运动时的各项反应诸如呼吸、血压、心率、心电图、气体代谢、临床症状与体征等，来判断其心、肺、骨骼肌等的储备功能和肌体对运动的实际耐受能力。心肺耐力可以表征人体持续身体活动的能力，体现出人体在一定运动强度下的心肺功能状况，是健康体适能评价指标体系中重要指标之一。在进行心肺耐力测试时，需要检测受试者的呼吸气体参数如呼吸气体的流量、呼吸气体的氧气浓度及二氧化碳浓度。
4.然而现有技术中对于呼吸气体的氧气浓度及二氧化碳浓度的测量均是由采样泵进行呼吸端采样，然后在进行分析，导致其分析结果延迟性较高，不能与流量曲线同步，且由于分子运动，采样后的气体混合，导致其结果不精确。
5.因此，如何提供一种能够对呼吸气体中的氧气及二氧化碳进行实时采样以保证检测结果精确的超声式的co2、o2浓度综合采集探头是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.在现有的心肺运动测试仪中对呼吸气体的流量一般采用流量流传感器，能够实时检测出呼吸气体的流量输出电信号曲线图，但是进行氧气浓度和二氧化碳的浓度检测时，在对受试者的呼吸气体进行采样时，呼吸的气体要经过一个导气软管才能到达检测设备端，然后对氧气浓度和二氧化碳浓度进行检测，通过该方法采集的呼吸气体样本在检测时存在以下缺陷，第一，导气软管具有一定的长度，呼吸气体到达检测设备端需要一定的时间，那么检测出的氧气浓度和二氧化碳浓度的检测结果与呼吸气体流量的检测结果不同步，造成结果分析的滞后；第二，呼吸气体在导气软管流通过程中气体分子间会发生碰撞，同时导气软管的各部分直径也会存在差异，那么呼吸气体在导气软管中流通的先后顺序会发生变化，也就是说后呼吸出的气体有可能混杂到前呼吸的气体中，造成采样并不能按照呼吸的前后顺序进行采样，很难采集到同一呼吸时间上的样本，从而造成检测氧气和二氧化碳浓度的样本与检测呼吸气体流量的样本不是同一呼吸时间的样本，造成对受试者呼吸
气体参数综合分析不精确，从而影响对受试者综合指标的判断结果。
7.本实用新型旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。
8.为此，本实用新型的一个目的在于提出一种超声式气体流量和co2、o2浓度综合采集探头，以解决现有心肺运动试验中对氧气浓度及二氧化碳浓度不能进行实时采样，延迟性高，误差率大的技术问题。
9.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种超声式气体流量和co2、o2浓度综合采集探头，包括采集管主体，超声式流量计以及co2、o2浓度采集装置；
10.所述采集管主体为圆筒形，其内径直径相同，所述采集管主体上设有超声式流量计安装槽以及co2、o2浓度采集装置安装槽；
11.所述超声式流量计可拆卸的设于所述安装槽上；
12.所述co2、o2浓度采集装置可拆卸的设于所述co2、o2浓度采集装置安装槽内。
13.进一步的，所述超声式流量计包括流体采集腔、第一超声波信号收发装置、第二超声波信号收发装置、第一陶瓷片、第二陶瓷片以及超声波信号处理器；
14.所述第一陶瓷片和所述第二陶瓷片位于所述流体采集腔内的相对两侧；所述第一超声波信号收发装置与所述第一陶瓷片，连接，所述第二超声波信号收发装置与所述第二陶瓷片连接，通过所述第一陶瓷片向所述第二陶瓷片发送超声波并接收从第二陶瓷片发送的超声波；通过所述第二陶瓷片向所述第一陶瓷片发送超声波并接收从第一陶瓷片发送的超声波；
15.所述超声波信号处理器均与所述第一超声波信号收发装置和所述第二超声波信号收发装置连接，通过对比两个相对的所述第一陶瓷片与所述第二陶瓷片之间的超声波信号测定流过所述流体采集腔的流体流速。
16.采用上述技术方案，本实用新型能够通过所述第一超声波信号收发装置和所述第二超声波信号收发装置分别与所述流体采集腔焊接增加了所述超声波流量计的结构稳定性，具体的所述第一超声波信号收发装置焊接于所述流体采集腔上部；所述第二超声波信号收发装置焊接于所述流体采集腔下部。通过形成一体化的超声波流量计结构，极大的提高了所述超声波流量计的结构稳定性。
17.本实用新型本质上已经避免了传统的o2和co2测定从流量计处经过微量泵采样，然后送到相对慢反应的o2和co2测定装置分别测定所产生的采样时间延迟和o2与co2测定延迟，减少了连续动态累加计算每一个呼吸周期摄氧量和二氧化碳排出量的误差，提高了仪器检测的精准度。
18.本实用新型还将所述第一陶瓷片卡接于所述流体采集腔内侧上表面；所述第二陶瓷片卡接于所述流体采集腔内侧下表面。进一步的增加所述超声波流量计探头的结构稳定性，
19.为了增加所述超声波流量计测定的准确度，优选的，所述流体采集腔9内侧下表面相对于所述流体采集腔内侧上表面倾斜设置。或者，优选的，所述第二陶瓷片相对于所述第一陶瓷片倾斜设置。通过上述两种方式，都可以实现所述第二陶瓷片与所述第一陶瓷片非平行设置，从而有效的提高所述超声波流量计测定的准确度。
20.为了便于清洁所述超声波流量计，减少所述超声波流量计使用过程中的维护工作，优选的，所述流体采集腔为两端开口的中空结构，其一端开口为流体入口，另一端开口
为流体出口；所述流体入口的口径小于所述流体出口的口径。为了防止流体采集腔结构对流体流速造成影响，更优选的，所述流体入口为倒角设置，所述流体出口为敞口设置。当采用上述结构进行流体流速测定的过程中，为了增加测定的精准度，所述超声波流量计需要采用一预设的校准系数对流体的流速进行校准，其中，所述预设的校准系数需要根据所述流体入口的口径与所述流体出口的口径比例进行确定。所述流体采集腔可以采用金属材料，经开模后，一体化铸造出来，所述金属材料可以是304不锈钢、316不锈钢、哈式合金、钛金属中的一种。
21.进一步的，所述co2、o2浓度采集装置包括氧气浓度传感器以及二氧化碳浓度传感器；所述氧气浓度传感器为光纤氧传感器，二氧化碳浓度传感器为红外二氧化碳传感器。
22.进一步的，所述光纤氧传感器，是将可被氧猝灭的荧光试剂制成氧传感膜耦合于光纤端部，采用高亮度发光二极管为光源和微型光电二极管为检测系统。
23.进一步的，所述红外二氧化碳传感器发射波长为620nm的红外光；芯片型号为se2470。
24.本实用新型中光纤氧传感器，是将可被氧猝灭的荧光试剂制成氧传感膜耦合于光纤端部，采用高亮度发光二极管为光源和微型光电二极管为检测系统，得到的低成本、高性能的光纤氧传感器，可以实现在线连续检测气态氧。
25.红外二氧化碳传感器是利用非色散红外原理对气体中的二氧化碳进行探测，具有很好选择性，红外二氧化碳传感器是将成熟的红外吸收气体检测技术与精密光路设计、精良电路设计紧密结合而制作出的高性能传感器。
26.进一步的，还包括用于咬住采集管主体的齿咬槽，所述齿咬槽设于所述采集管主体上，靠近放入嘴部的一端。
27.采用上述技术方案，环形凹槽的设置便于使用者用牙齿咬住，然后在运动时对呼出和吸入的气体进行检测，是本实用新型使用更便捷。
28.进一步的，所述采集管主体的内部，且位于所述齿咬槽的一侧设有蜂窝状防护网。
29.采用上述技术方案，本实用新型能够防护外界的较大异物吸入，保证呼吸的安全，并且不影响气流的通行，保证检测流量、co2、o2的准确性。
30.本实用新型的具体工作过程为，进行心肺运动试验的受试者将本实用新型放入嘴内，牙齿咬在管体外壁的齿咬槽上，受试者进行运动呼吸，呼出的气体由采样管的进气端流入，由超声式流量计检测呼吸气体的流量，呼出的气体继续沿着管体流通，通过氧气浓度传感器检测氧气的浓度，通过二氧化碳浓度传感器检测二氧化碳的浓度，超声式流量计、氧气浓度传感器及二氧化碳浓度传感器将检测的电信号输送至控制器，将电信号进行可视输出，实现对呼吸气体流量及氧气、二氧化碳浓度的实时采样检测。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
32.图1附图为本实用新型提供的现有技术中co2、o2浓度以及流量测量曲线；
33.图2附图为本实用新型提供的现有技术中co2、o2浓度以及流量误差调整后曲线；
34.图3附图为本实用新型提供的一种超声式气体流量和co2、o2浓度综合采集探头的结构示意图；
35.图4附图为本实用新型提供的一种超声式气体流量和co2、o2浓度综合采集探头的结构示意图；
36.图5附图为本实用新型提供的一种超声式气体流量和co2、o2浓度综合采集探头的截面示意图；
37.图6附图为本实用新型提供的一种超声式气体流量和co2、o2浓度综合采集探头的超声式流量计结构示意图；
38.图中，1为采集管主体，11为超声式流量计安装槽，12为co2、o2浓度采集装置安装槽，13为齿咬槽(13)，14为防护网，2为超声式流量计，21为流体采集腔，22为第一超声波信号收发装置，23为第二超声波信号收发装置，24为第一陶瓷片，25为第二陶瓷片，3为co2、o2浓度采集装置，31为氧气浓度传感器，32为二氧化碳浓度传感器。
具体实施方式
39.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
40.如图1
‑
图2所示：现有技术中现有的心肺运动测试仪中对呼吸气体的流量一般采用流量流传感器，能够实时检测出呼吸气体的流量输出电信号曲线图，但是进行氧气浓度和二氧化碳的浓度检测时，在对受试者的呼吸气体进行采样时，呼吸的气体要经过一个导气软管才能到达检测设备端，然后对氧气浓度和二氧化碳浓度进行检测。
41.图中：1、大约有300毫秒开始之间的时间间隔呼气流量和开始浓度变化音量信号从解剖学上呼出死空间。
42.2、呼气结束时突然的变化出现浓度信号同时当流量过零。
43.3、流程整合开始当呼吸流停止时超过阈值流速。数字化频率：125赫兹。绘制间隔24毫秒。
44.通过该方法采集的呼吸气体样本在检测时存在以下缺陷，第一，导气软管具有一定的长度，呼吸气体到达检测设备端需要一定的时间，那么检测出的氧气浓度和二氧化碳浓度的检测结果与呼吸气体流量的检测结果不同步，造成结果分析的滞后；第二，呼吸气体在导气软管流通过程中气体分子间会发生碰撞，同时导气软管的各部分直径也会存在差异，那么呼吸气体在导气软管中流通的先后顺序会发生变化，也就是说后呼吸出的气体有可能混杂到前呼吸的气体中，造成采样并不能按照呼吸的前后顺序进行采样，很难采集到同一呼吸时间上的样本，从而造成检测氧气和二氧化碳浓度的样本与检测呼吸气体流量的样本不是同一呼吸时间的样本，造成对受试者呼吸气体参数综合分析不精确，从而影响对受试者综合指标的判断结果。
45.如图2
‑
6所示：本实施例实施例公开了一种超声式气体流量和co2、o2浓度综合采集探头，以解决现有心肺运动试验中对氧气浓度及二氧化碳浓度不能进行实时采样，延迟
性高，误差率大的技术问题。
46.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种超声式气体流量和co2、o2浓度综合采集探头，包括采集管主体1，超声式流量计2以及co2、o2浓度采集装置3；
47.采集管主体1为圆筒形，其内径直径相同，采集管主体1上设有超声式流量计安装槽11以及co2、o2浓度采集装置安装槽12；
48.超声式流量计可拆卸的设于安装槽11上；
49.co2、o2浓度采集装置3可拆卸的设于co2、o2浓度采集装置安装槽12内。
50.本实施例中，超声式流量计2包括流体采集腔21、第一超声波信号收发装置 22、第二超声波信号收发装置 23、第一陶瓷片 24、第二陶瓷片25以及超声波信号处理器；
51.第一陶瓷片24和第二陶瓷片25位于流体采集腔21内的相对两侧；第一超声波信号收发装置22与第一陶瓷片24，连接，第二超声波信号收发装置23与第二陶瓷片25连接，通过第一陶瓷片24向第二陶瓷片25发送超声波并接收从第二陶瓷片25发送的超声波；通过第二陶瓷片25向第一陶瓷片24发送超声波并接收从第一陶瓷片24发送的超声波；
52.超声波信号处理器均与第一超声波信号收发装置22和第二超声波信号收发装置23连接，通过对比两个相对的第一陶瓷片24与第二陶瓷片25之间的超声波信号测定流过流体采集腔21的流体流速。
53.本实用新型能够通过第一超声波信号收发装置22和第二超声波信号收发装置23分别与流体采集腔21焊接增加了超声波流量计2的结构稳定性，具体的第一超声波信号收发装置22焊接于流体采集腔21上部；第二超声波信号收发装置23焊接于流体采集腔21下部。通过形成一体化的超声波流量计结构，极大的提高了超声波流量计的结构稳定性。
54.本实用新型还将第一陶瓷片24卡接于流体采集腔21内侧上表面；第二陶瓷片25卡接于流体采集腔21内侧下表面。
55.本实施例中增加超声波流量计探头的结构稳定性，
56.为了增加超声波流量计测定的准确度，优选的，流体采集腔9内侧下表面相对于流体采集腔21内侧上表面倾斜设置。或者，优选的，第二陶瓷片25相对于第一陶瓷片24倾斜设置。通过上述两种方式，都可以实现第二陶瓷片25与第一陶瓷片24非平行设置，从而有效的提高超声波流量计测定的准确度。
57.为了便于清洁超声波流量计，减少超声波流量计使用过程中的维护工作，优选的，流体采集腔21为两端开口的中空结构，其一端开口为流体入口，另一端开口为流体出口；流体入口的口径小于流体出口的口径。为了防止流体采集腔结构对流体流速造成影响，更优选的，流体入口为倒角设置，流体出口为敞口设置。当采用上述结构进行流体流速测定的过程中，为了增加测定的精准度，超声波流量计需要采用一预设的校准系数对流体的流速进行校准，其中，预设的校准系数需要根据流体入口的口径与流体出口的口径比例进行确定。流体采集腔21可以采用金属材料，经开模后，一体化铸造出来，金属材料可以是304不锈钢、316不锈钢、哈式合金、钛金属中的一种。
58.本实施例中，co2、o2浓度采集装置3包括氧气浓度传感器31以及二氧化碳浓度传感器32；氧气浓度传感器31为光纤氧传感器，二氧化碳浓度传感器32为红外二氧化碳传感器。
59.本实施例中，光纤氧传感器，是将可被氧猝灭的荧光试剂制成氧传感膜耦合于光
纤端部，采用高亮度发光二极管为光源和微型光电二极管为检测系统。
60.本实施例中，红外二氧化碳传感器发射波长为620nm的红外光；芯片型号为se2470。
61.本实用新型中光纤氧传感器，是将可被氧猝灭的荧光试剂制成氧传感膜耦合于光纤端部，采用高亮度发光二极管为光源和微型光电二极管为检测系统，得到的低成本、高性能的光纤氧传感器，可以实现在线连续检测气态氧。
62.红外二氧化碳传感器是利用非色散红外原理对气体中的二氧化碳进行探测，具有很好选择性，红外二氧化碳传感器是将成熟的红外吸收气体检测技术与精密光路设计、精良电路设计紧密结合而制作出的高性能传感器。
63.本实施例中，还包括用于咬住采集管主体1的齿咬槽13，齿咬槽13设于采集管主体1上，靠近放入嘴部的一端。
64.采用上述技术方案，环形凹槽的设置便于使用者用牙齿咬住，然后在运动时对呼出和吸入的气体进行检测，是本实用新型使用更便捷。
65.本实施例中，所述采集管主体1的内部，且位于所述齿咬槽13的一侧设有蜂窝状防护网14。
66.本实用新型能够防护外界的较大异物吸入，保证呼吸的安全，并且不影响气流的通行，保证检测流量、co2、o2的准确性。
67.本实用新型的具体工作过程为，进行心肺运动试验的受试者将本实用新型放入嘴内，牙齿咬在管体外壁的齿咬槽13上，受试者进行运动呼吸，呼出的气体由采样管的进气端流入，由超声式流量计2检测呼吸气体的流量，呼出的气体继续沿着管体流通，通过氧气浓度传感器31检测氧气的浓度，通过二氧化碳浓度传感器32检测二氧化碳的浓度，超声式流量计2、氧气浓度传感器31及二氧化碳浓度传感器32将检测的电信号输送至控制器，将电信号进行可视输出，实现对呼吸气体流量及氧气、二氧化碳浓度的实时采样检测。
68.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
69.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。